A Terra é o berço da humanidade, mas você não pode viver no berço para sempre

Esta famosa frase de K.E. Tsiolkovsky não foi esquecida até hoje. NASA, ESA, Roskosmos, SpaceX e muitas outras empresas espaciais enviam missões automáticas a outros planetas, lançam pessoas ao espaço e se esforçam para dar vida às palavras de Konstantin Eduardovich.



Mas e se o desenvolvimento de um novo foguete levar muito tempo e você quiser lançá-lo aqui e agora? Em seguida, você deve fazer a modelagem de foguetes e construir e lançar o foguete dos seus sonhos. E ficarei feliz em contar a vocês sobre minha experiência no projeto de mísseis neste artigo.

Introdução

Olá! Nesta série de artigos, gostaria de compartilhar com vocês minha experiência no desenvolvimento e lançamento de modelos de foguetes, falar sobre meus primeiros fracassos e sucessos vertiginosos, sobre como fazer e como não fazer. Não vou entrar em detalhes de como construir um foguete, porque existem muitos guias sobre esse assunto na Internet, mas vou me concentrar na experiência pessoal para salvá-lo de meus erros e mostrar algumas de minhas descobertas e soluções interessantes.



Então,

Primeiras tentativas de construir o motor

O coração de qualquer foguete é seu motor , então você tinha que montá-lo primeiro. O caramelo combustível é muito popular entre os modeladores de foguetes, devido ao fato de ser de fácil fabricação e seus componentes (açúcar em pó e nitrato de potássio) podem ser encontrados em qualquer cidade.





Comprei nitrato de potássio em uma loja de fertilizantes próxima e açúcar em pó em uma mercearia. Naquela época, a inscrição N - 13,6% e K2O - 46% não me incomodava, mas por causa dela mais tarde houve muitos problemas, dos quais falarei um pouco mais tarde.







Para fazer a carroceria, precisei de um cano de plástico de 100 mm de comprimento e 10 mm de diâmetro, bentonita (maca de gato), para fazer plugues e para tamponar o próprio combustível, precisava encontrar qualquer pau que pudesse entrar livremente no motor. Salitre, bentonita e açúcar de confeiteiro triturados separadamente em um pilão, por precaução. Em seguida, ele misturou nitrato de potássio e pó em uma proporção de 70% a 30%. Agora era necessário conduzir todos os componentes para o tubo da seguinte forma:

1. Coloque uma colher de bentonita moída no cano
2. 10, . ,
3. 80. , . ,
4. , ,
5. 50-70 .

Fiz um fusível para ligar o motor . Fervi uma corda de juta em uma solução de caramelo combustível, medindo a concentração a olho nu, cerca de 2-3 colheres de chá por copo de água. Após a fervura, é necessário deixar o cordão secar, e se as proporções da solução combustível estiverem corretas, haverá uma camada branca de caramelo na corda. O motor e o cabo para acendê-lo estavam prontos, o que significava que precisava ser queimado .



Infelizmente, não tenho fotos do primeiro motor e um vídeo de seus testes, mas no final ele não decolou, mas estava visivelmente fumegando na plataforma de lançamento.



Conclusões:

• A temperatura de combustão era alta, devido a que o tubo de plástico começou a derreter, e foi decidido que os corpos dos motores seguintes deveriam ser feitos de metal
• O bico ficava constantemente entupido com restos de produtos de combustão, o que poderia aumentar a pressão no motor e o foguete simplesmente explodiria, e ninguém precisava de uma desmontagem rápida e não programada . Naquela época, pensei que isso fosse devido à proporção errada de salitre e ao fato de o açúcar de confeiteiro não ser puro, então nos motores a seguir resolvi experimentar as proporções e substituir o açúcar de confeiteiro por açúcar puro

Assim, minha primeira experiência na construção de motores, embora parecesse triste, mas me estimulou a avançar mais nessa direção e aprender algo novo, pois eu queria muito lançar meu foguete!

Está vivo!

Depois de vasculhar a Internet, entendi aproximadamente qual era o problema do primeiro motor. Devido ao impacto, o combustível se distribuiu de forma desigual , cavidades formaram-se nele e era heterogêneo, por isso o processo de combustão foi muito lento e em vez de um foguete, uma boa bomba de fumaça saiu. A solução para o problema era simples - colocar combustível de caramelo fervido no tubo . Peguei uma haste de metal para o banheiro como corpo e resolvi experimentar com as proporções de combustível e com a adição de óxido de ferro 3 (ou seja, ferrugem comum), porque tinha que aumentar a taxa de queima.





Exemplos de combustíveis de caramelo puro com ferrugem adicionada. Uma fonte



Fiz os motores menores, pois não via sentido em fazer uma versão em tamanho real, assim como não vi sentido em plugues e bico, não deveriam ter afetado a taxa de queima de combustível, pois todos os sujeitos estavam em iguais condições ambientais.



Antes de cozinhar combustível, vamos falar sobre precauções de segurança , porque o caramelo é altamente inflamável e queima muito rapidamente. Você só precisa cozinhar combustível em um fogão elétrico ; você não pode cozinhar combustível em um fogão a gás ou qualquer outra fonte de fogo aberto. A propósito, na recente explosão de um armazém de pirotecnia em Beirute, de acordo com dados oficiais, foi o salitre que pegou fogo, então tenha muito cuidado ao cozinhar.



Combustível fervido em um fogão elétrico em uma máquina de fazer panquecasà cor e consistência do leite condensado. A máquina de fazer panquecas é tão boa que todos os ingredientes são aquecidos por igual e não queimam.



Como resultado, acabei com vários assuntos de teste:

• Motores com argamassa e caramelo fervido
• Motores com caramelo moído e fervido
• Motores com caramelo moído e fervido com adição de 1% de óxido de ferro 3

Agora era necessário testar os motores. Nos spoilers, a porcentagem dos ingredientes está escrita no formato Salitre / Açúcar / Ferrugem (se houver), e dentro dela existem gifs das próprias queimadas.













Conclusões:

• Desta vez, todos os motores acenderam e queimaram muito bem, o que naturalmente agradou
• A ferrugem aumenta a taxa de queima . Para comparação, o motor 55/45 queimou por cerca de 35 segundos e o motor 54/45/1 queimou por 26 segundos;
  
  
• A moagem em um moedor de café não aumentou significativamente a taxa de queima
• Mesmo com a substituição do açúcar, ficou nos motores muita substância não queimada (substância preta e branca nos “barris” da última foto), cuja composição não era conhecida

Em geral, o combustível pegou fogo, resta decidir se é para fazer um foguete sobre ele ou procurar outra solução.

Qual é o resultado final?

Como resultado, temos motores com baixo desempenho. Seu principal problema é a combustão incompleta da mistura de combustível (escrevi sobre as consequências disso acima). A taxa de queima também aumentou. E aqui a inscrição malfadada N - 13,6% e K2O - 46% na embalagem de nitrato aparece, porque, provavelmente, nitrato de potássio para fertilizantes é impuro, e os 40,4% restantes são algum tipo de impureza que causou fraco desempenho do motor.



Se você assistiu à recente série de vídeos de Amperki Rocket vs Lehi, então você notou que eles usavam nitrato de potássio quimicamente puro. Graças a ela, eles queimaram todo o combustível e a taxa de queima foi maior (2,85 mm / s contra meus 1-1,25 mm / s). Bem, outra desvantagem dos motores caseiros é que seu empuxo é desconhecido e, no futuro, gostaria de calcular os parâmetros de voo de um foguete.



Como resultado, posso concluir que você não pode construir uma máquina com nitrato de potássio para fertilizantes. No geral, com uma nota tão triste, terminei o desenvolvimento dos meus motores e comecei a procurar quem fabrica e vende motores prontos.

Construindo um foguete

Comprei os motores da Real Rockets . Como uma ignição elétrica também é fornecida com esses motores, foi necessário montar um controle remoto para o lançamento e, claro, o próprio foguete. Na mesma loja comprei tubos de papelão para o corpo.



Na Internet, encontrei um circuito para o controle remoto e o alterei ligeiramente para que o motor não se acendesse acidentalmente com a discagem e, como resultado, o circuito ficou assim:





o corpo era feito de folhas de PVC, colocado um circuito soldado dentro, os fios para a ignição (no diagrama R2) foram levados aos terminais. Soldei crocodilos ao fio de ignição, que estava conectado ao dispositivo de ignição.





Bem, como qualquer sistema espacial, o controle remoto teve que ser testado, e seria bom ver como os motores prontos geralmente funcionam.





Para que o foguete voasse verticalmente para cima, decidi projetá-lo no programa Open Rocket e depois imprimir todos os detalhes em uma impressora 3D. Usando a função de otimização de foguete, selecionei a forma e as dimensões da carenagem e dos estabilizadores com base nas dimensões do tubo de papelão, a carenagem (na qual eu queria instalar um altímetro, que discutirei na próxima parte), a massa e empuxo do motor e suas montagens. Mas primeiro foi necessário adicionar o motor usado.





Desenho de foguete aberto







Quando o formato das aletas e da carenagem foram calculados, eles tiveram que ser modelados e enviados para impressão. Eu também modelei o suporte do motor.

Encaminhe para o aterro!

Com os dois foguetes montados, é hora de lançá-los! Uma barra de aço de 1.500 mm de comprimento cravada no solo serviu de plataforma de lançamento. O foguete foi instalado nele usando guias (folhas de papel enroladas em tubos).



O primeiro lançamento de foguetes impressos em 3D foi engraçado e assustador. Como se constatou, os motores estavam com defeito, por causa do qual o míssil de cruzeiro calibre voou para o céu e o míssil defeituoso atingiu o solo a toda velocidade. Mas havia boas notícias, a Real Rockets substituiu os motores defeituosos de graça, pelo que sou grato a eles.









Com um foguete consertado e novos motores, voltamos ao local de teste. Desta vez, a sorte estava do nosso lado, e os dois mísseis decolaram e pousaram suavemente, mesmo repetidamente.

Conclusão

No final, gostaria de dizer que não quero parar nos simples lançamentos de foguetes. Um dos meus foguetes já voou com um altímetro , desenvolvimento do qual falarei no próximo artigo. Agora estou fazendo uma câmera integrada, que pretendo instalar em um novo foguete e lançá-la em motores RD1-30-5 mais potentes.



E nisso eu tenho:





Obrigado pela atenção!